突破電路設計桎梏　32位元MCU功耗再降

　　運行、待機和喚醒時間不容忽視

　　在系統級要兼顧低功耗及高效能，必須考慮實際應用面的需求，如無線環境感測器可能讓MCU主時脈及CPU關閉，只開啟低頻時脈，定時喚醒周邊電路進行偵測；當符合設定條件的事件發生時，快速啟動CPU進行處理；即使沒有任何事件發生，也必須定時喚醒CPU，維持無線感測器網路的連線。

　　在遙控器的應用中，則可能完全將所有時脈源都關閉，當使用者按鍵時，快速喚醒時脈源及CPU進行處理。另外，許多應用都會加入一個MCU做為主處理器的輔助處理器，用于監控鍵盤或紅外線輸入、刷新顯示器、控制主處理器電源及智慧電池管理等任務。此時，平均功耗比單純的運行功耗或待機功耗，更具指標性意義。

　　平均功耗由運行功耗和運行時間、靜態功耗和待機時間，以及不同運行模式之間的切換時間等主要參數組合而成。茲以圖1進行說明。

　　圖1 不同運行時間電流大小的變化

　　平均電流（IAVG）=（I1xT1+I2xT2+I3xT3+I4xT4+I5xT5+I6xT6）/（T1+T2+T3+T4+T5+T6）

　　因為進入待機模式時間很短，忽略此段時間的電流消耗，公式可以簡化為：

　　平均電流（IAVG）=（I1xT1+I3x 3+I4xT4+I5xT5+I6xT6）/（T1+T3+T4+T5+T6）

　　由以上公式觀察到，除了降低運行電流及靜態待機電流外，降低運行時間、喚醒時間及高低速運行模式切換時間，亦為降低整機功耗的重要手段。另外，圖1同時指出，低功耗MCU支援動態切換運行時脈頻率是必要的功能。

　　實現低功耗MCU設計　開發商考量須面面俱到

　　低功耗MCU設計考量包括制程選擇、低功耗/高效能CPU核心、低功耗數位電路、支援多種工作模式、電源系統、豐富的喚醒機制/快速喚醒時間、低功耗類比周邊與記憶體等，以下將進一步說明之。

　　制程選擇至關重要

　　為了達到低功耗的運作，并能有效地在低耗電待機模式下，達到極低的待機功耗，制程的選擇極為重要。在不強調速度極致的某些制程分類，選擇極低元件截止電流制程（圖2）進行邏輯閘制作，并進行數位設計是方法之一。

　　圖2 不同制程元件截止和晶片待機電流變化

　　選擇這種策略的額外效益是，通常也能降低動態操作電流，達到較佳的表現。另外，由于高溫大幅增加靜態電流，當溫度由攝氏25度增加到攝氏85度時，一個典型比例約增加十倍的靜態電流。以非低功耗0.18微米制程，開發邏輯閥門數200K、4KB SRAM的32位元MCU為例，在核心電壓1.8伏特、攝氏25度的靜態耗電約為5？10微安培；當溫度升高到攝氏85度時，靜待電流將會飆高到50~100微安培；而若采用低功耗制程，在攝氏85度時，靜態電流僅約10微安培。